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《西南交通大学》 2005年
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Ti-O薄膜的制备及其性能研究

徐禄祥  
【摘要】:本论文较为系统地研究了Ti-O系薄膜的晶体结构、化学成分、能级状态、表面形貌、物化性质、机械性能及血液相容性,并研究了薄膜的成分、结构和表面性质对薄膜血液相容性的影响,同时对其在生物医用装置中的实际应用也进行了一些尝试。 本文采用非平衡磁控溅射技术,分别利用直流溅射和脉冲溅射方法在多种基体上制备了金红石型、锐钛矿型、金红石和锐钛矿混合型及无定形态等多种结构的Ti-O系薄膜。薄膜的成分、结构及性能可以通过工艺条件的控制在较大范围内进行调整。 研究表明,粒子的能量和沉积温度是影响Ti-O薄膜晶体结构的主要因素,提高基体导电性、基底偏压、溅射功率、氧分压、沉积温度及退火温度均有利于金红石结构Ti-O薄膜的形成。薄膜表层为自然氧化的接近化学计量比的TiO_2,而薄膜主体为非化学计量比的TiO_(2-x),各成分沿深度方向分布均匀,随沉积O_2分压的增加,薄膜中的O含量增加。薄膜表层的价带宽为4.7eV,费米能级较块体材料上移约0.35eV,为n型半导体,氧晶格缺陷的产生引起薄膜能级状态的改变。 氧分压降低、基底偏压或退火温度升高均会增加Ti-O薄膜的表面粗糙度。沉积温度、基底偏压和退火处理等工艺条件可以使薄膜的结晶趋于完整。薄膜的成分、结构、表面粗糙度和晶体完整性等在不同程度上影响薄膜与水及血液组分间的接触角、表面能分量及其与生物物质间的界面张力,进而影响薄膜的血液相容性。钛合金和热解碳基体上沉积Ti-O薄膜后,力学性能和血液相容性显著提高,特别是热解碳基体上钛过渡层的引入使薄膜和基体间的结合强度大幅度提高。计算得到薄膜的密度以及折射率、反射率、消光系数、吸收系数等光学参
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